Файл: Крылов К.А. Повышение износостойкости деталей самолетов.pdf

и идут далее в направлении, определенном полем нормальных на­ пряжений, действующих в детали от внешних нагрузок.

Такое расположение начальных трещин и отсутствие зависимо­ сти их появления от интенсивности повреждения поверхностей и другие особенности образования трещин указывают на более сложную связь фреттпнг-коррознп с усталостью металла. Раскры­ тие этой связи поможет обоснованно бороться с вредным влиянием фреттмнг-коррозии как явления, в значительной мере снижающе­ го надежность и долговечность многих узлов трения в машинах и механизмах.

Отмеченные особенности возникновения начальных трещин при фреттинг-коррозни могут быть объяснены с позиций рассмотрения фреттинга как процесса местного сваривания или адгезии метал­ лических поверхностей на участках фактического контакта и по­ следующего разрушения временных связей. Адгезия м'еталлов при­ водит к тому, что при относительных микроперемещениях контак­ тирующих деталей через участки связей передаются касательные напряжения, величина которых зависит от амплитуды перемеще­ ний и площади участков связей. Нормальные напряжения дей­ ствуют при этом в плоскости, наклоненной под углом 45° к 'Поверх­ ности контакта.

При достаточно высоких напряжениях материал на участках временных связей претерпевает пластическую деформацию и связи быстро разрушаются, обусловливая возникновение повреждений контактирующих поверхностей. Если величина напряжений недо­ статочна для быстрого разрушения связей, но превосходит предел усталости одной из деталей, то создаются условия для возникнове­ ния трещины усталости по истечении определенного числа циклов относительных перемещений деталей.

Естественно, что в первом случае при наибольшей интенсивно­ сти повреждения поверхности вероятность воникповения трещины усталости наименьшая, а во втором случае — наибольшая.

Трещины усталости возникают по границе участка адгезии контактирующих элементов деталей. При достаточном уровне пе­ ременных напряжений от внешних нагрузок возникшая начальная трещина может развиваться вплоть до полного разрушения детали. Если же переменные напряжения в детали недостаточны для даль­ нейшего развития начальной трещины, рост последней по достиже­ нии определенной глубины прекращается или во всяком случае резко замедляется.

Таким образом, фреттинг-корірозпя оказывает значительное вли­ яние на усталость металла. -В то же время фреттинг-коррозия са­ ма порождается теми же условиями изменяющейся нагрузки, ко­ торые могут вызвать усталость непосредственно. Говорить о том, что фреттинг-коррозия обязательно сопровождается возникновени­ ем усталостных трещин, было бы неправильно. Точнее, как указы­ вает Уотерхауз [79] и что подтверждается опытом исследований деталей, условия, благоприятствующие возникновению фреттингкэррозии, благоприятствуют и усталостным явлениям.

126

не бывших в ремонте, и на валах, прошедших несколько ремонтов. Длина участка шейки вала, занимаемого трещинами, иа исследо­ ванных валах достигала по окружности 35—37 мм. Глубина наибо­ лее развитых трещин доходила до 2,2 мм. Однако прямой -связи между продолжительностью работы валов и глубиной развития трещины выявлено не было.

При вскрытии трещин было установлено, что они и-меют уста­ лостное происхождение с началом развития от очагов фреттингкоррозин и идут в тело вала под углом около 45° к поверхности. Развитие трещин в глубь материала шейки вала было ограничен­ ным. Исходя из этого (в целях сокращения отбраковки коленчатых валов при ремонте двигателей) было сочтено возможным ремонти­ ровать их путем плавного выведения трещин, имеющих определен­ ную глубину. При этом специально проведенными длительными стендовыми испытаниями двигателя было установлено, что местное снятие материала при выведении трещин в установленных преде­ лах не снижает надежности работы валов. Кроме того, при воз­

появлялась и на поверхности со­ пряженной детали — щеки зад­ ней части вала.

Проведенные исследования показали, что фреттинг-коррозня на поверхности щеки развивается , более интенсивно, чем на шейке вала. Но появление ее на щеке является более нежелательным, чем на шейке вала. Напряжен­ ное состояние щеки таково, что возникшие на ней от фреттингпроцесса трещины не стабилизи­ руются, а продолжают непрерыв­ но расти и в конечном счете это может привести к разрушению щеки по клеммовому соединению

(рис. 76).

Трещины в щеке надежно вы­ являются при ремонте методом магнитного контроля. Ослабле­

ние внимания контролю может привести к установке на двигатель щеки с уже возникшей трещиной и к поломке ее при работе.

На одном из двигателей поломка щеки коленчатого вала: про­ изошла на 33-м часу после ремонта. При исследованиищеки «а ее посадочной поверхности под шатунную шейку в зоне очага воз­ никновения трещины были обнаружены незначительные, зачищен­ ные язвины фреттннг-коррозии. По характеру строения излома щеки в зоне усталостного развития трещины можно было делать вывод о том, что при работе детали наблюдалось изменение..в ус-

128

ловиях нагрузки. А это могло произойти только при повторной за­ тяжке стяжного фрлта щеки вала уже ослабленной трещиной. В данном случае іпри ремонте двигателя был допущен явный про­ пуск на сборку задней части вала с трещиной.

Для снижения интенсивности развития фреттпнг-коррозии, со­ здания условий, менее благоприятствующих ее возникновению, целесообразно было упрочнить поверхность шейки передней части вала, сократить возможные микроперемещения в зоне контакта или использовать другие методы борьбы с фреттинг-коррозией. В данном случае было введено азотирование шейки вала и увели­ чено усилие затяжки стяжного болта.

Последующий длительный опыт эксплуатации двигателей дан­ ного типа показал, что введение этих мероприятий и, в частности, азотирование шейки вала оказалось достаточно эффективным. Фреттинг-коррозия в данной паре стала возникать значительно ре­ же, интенсивность повреждений резко уменьшилась, а появление трещин на шейке вала полностью прекратилось. Однако трещины на поверхности разрезной щеки, берущие свое начало от очагов фреттинг-коррозии, иногда еще приходилось наблюдать. По-види­ мому, для полного устранения фреттинг-коррозии в данной паре требуются дальнейшие изыскания.

На двигателях другого типа повреждения от фреттинг-корро­ зии обнаруживались на поверхности щеки задней части коленча­ того вала в зоне ее контакта с торцом внутренней обоймы ролико­ вого подшипника (зона А, рис. 77). Роликовый подшипник 2 уста­ навливался в данном случае на заднюю часть вала 1 с натягом

0,004—0,03 мм и через проме­ жуточные детали затягивался гайкой 3, прижимавшей его внутреннее кольцо к щеке вала.

Таким . образом, трения между торцовой поверхно­ стью внутреннего кольца под­ шипника и щекой коленчатого вала не должно быть. В сое­ динении возможны были лишь микроперемещения деталей, обусловленные их упругими деформациями, наличие кото­ рых и приводило к возникно­ вению и развитию фреттингкоррозии, сопровождавшейся

иногда образованием трещин, Трещины были как на валах, отработавших первый ресурс, так и проходивших ранее ремонт и имевших значительную общую продолжительность работы. При несвоевременном обнаружении эти трещины могут глубоко про­ никнуть в металл и вызвать разрушение детали (рис. 78).